基于场强阈值的变电站无人机巡检安全距离研究.pdf
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1、第 卷第 期东北电力大学学报.年 月 基金项目:吉林省自然科学基金():./.基于场强阈值的变电站无人机巡检安全距离研究 刘士利邓金锁丁 伟刘庆达(.东北电力大学电气工程学院吉林 吉林.国网吉林供电公司吉林 吉林)摘 要:变电站无人机巡检作业是智能电网发展的重要方向之一相较于输电线路变电站设备众多且集中布置导致其周围空气间隙相对较小、电磁场分布复杂这对无人机安全巡检提出了更高的要求 文中构建了悬浮导体放电测试平台试验研究了无人机导线间隙的起始放电电压采用有限元法计算了间隙放电时无人机表面最大电场并以此值作为电场阈值通过分析 变电站典型设备的电场分布得出了无人机巡检变电站时的电场安全距离以 作为
2、无人机主控部分的磁场阈值确定了无人机巡检时的磁场安全距离研究结果表明对于当前典型的无人机结构当 变电站负载电流小于 时巡检安全距离主要受电场约束可取为 当负载电流较大时巡检安全距离可由磁场决定关键词:安全距离无人机电场强度磁感应强度 变电站中图分类号:文献标识码:引 言为节省人力资源、提高变电站维护效率变电站巡检正逐渐向智能化方向发展 变电站巡检机器人的广泛应用在一定程度上实现了智能化巡检 但也存在着视觉盲区、巡检路径僵化等问题从而限制了其巡检作业的精细化程度 无人机具有灵活性强、效率高和观测距离近等优势可以有效弥补人工和机器人巡检的不足当前无人机已在输电线路巡检中得到广泛应用其巡检过程涉及巡
3、航控制、信号处理、电磁兼容等多个技术领域众多学者已开展了相关研究 为保证无人机安全飞行高旭东等人利用双目测距原理实现了无人机巡检安全距离的测量文献研究了无人机巡检 直流输电线路时的电磁场分布规律及放电特性并结合试验确定了无人机巡线安全距离文献通过数学建模和数值分析分析了无人机巡线时的电磁兼容特性文献通过建立输电线路无人机巡检模型并进行仿真得到了无人机在没有做任何防护措施情况下的安全距离文献通过测量输电线周围的电场及磁场强度确定了无人机与导线间的安全距离从而规划出无人机的巡检路径文献通过对 导线与飞滑式无人机构成的间隙开展感应放电试验确定了无人机与 导线间的安全距离文献为确定无人机间隙放电产生的
4、电磁干扰研究了导线与悬浮导体之间的放电规律文献以平均场强作为约束得出了无人机巡检 猫头塔时的理论安全距离 综合来看当前关于无人机巡检安全距离的研究多聚焦于输电线路而无人机巡检变电站的安全距离尚待研究变电站设备集中布置空间间隙相对较小加之设备之间电磁耦合性强导致变电站设备附近电场分布比输电线路复杂得多 设备周围空间的紧促性及电场分布的复杂性对无人机巡检安全距离提出了更高的要求 针对 变电站无人机巡检作业本文首先通过放电测试和有限元仿真获得了无人机导线间隙的起始放电电压和无人机表面最大电场其次计算了无人机巡检时设备周围的电场分布以无人机表面最大电场作为阈值得出了 变电站无人机巡检时的电场安全距离以
5、 作为无人机主控部分的磁场阈值确定了无人机巡检时的磁场安全距离最后综合考虑电场和磁场影响确定了无人机巡检 变电站时的安全距离 放电试验及电场分布.无人机导线间隙放电试验无人机在巡检电力设备时由于电动机位于无人机整体的边缘位置因此电动机部位容易产生放电并与高压电极之间形成放电发展通道 当无人机引起放电现象时放电间隙会释放强烈的电磁信号从而影响无人机的正常通信甚至造成无人机失控而坠毁 因此保持无人机与高压电极间的安全距离尤为重要 针对这一问题本文开展了无人机导线间隙的放电试验研究试验模型的主要参数如表 所示试验原理接线及设备实际布置分别如图、图 所示 图 中将无人机试验模型和一段 的输电导线悬挂在
6、同一高度构成放电间隙工频试验变压器型号为 /额定输出电压为 表 无人机导线间隙放电试验模型参数.导线无人机模型直流电机/.图 试验原理图.图 试验现场布置图.无人机试验模型已忽略了无人机的机壳因大部分机壳都是不导电材质且电动机裸露在机壳之外(便于电动机热量快速散发)所以去掉机壳后的无人机试验模型与实际相差不大对最终试验结果没有显著影响 试验时逐次调整间隙距离并记录起始放电电压每个间隙做 次放电试验且每两次放电试验间隔 分钟以上使间隙周围的空气充分恢复以保证试验的精确性 试验过程中间隙放电现象如图 所示且能够听到啪嚓声 将各间隙的 次放电电压取平均值得到不同间隙长度下的平均放电电压两者间的关系如
7、图 所示拟合得到的表达式为 .()公式中:为放电电压 为无人机与导线构成的间隙距离图 无人机导线间隙放电现象.图 无人机导线间隙放电电压曲线.无人机表面电场计算为得到安全距离的场强约束本节建立上述放电间隙的有限元仿真模型计算间隙初始放电时无人机表面电场最大值仿真模型施加的激励为试验所得的起始放电电压(公式 中的放电电压)当间隙长度为 时放电电压为 此时无人机表面最大电场为./如图 所示 分别图 试验间隙电场分布.东北电力大学学报第 卷计算其他间隙距离下无人机表面的最大电场并绘制出无人机表面最大电场与间隙长度间的关系曲线如图 所示 从图中可以看出不同间隙发生放电时无人机表面最大电场基本保持不变可
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